Никого не удивляет, когда офисная высотка, построенная десятилетия назад, получает капитальный ремонт. Новые лифты, отопление и инженерные сети дают владельцу высокоэффективное здание, рассчитанное на долгую перспективу, — и всё это за малую долю стоимости нового строительства, избавляя от значительной части бюрократических преград. То же самое в отношении другого вида небоскрёбов — стареющей ветротурбины — прежде делалось гораздо реже. Владельцы могли менять изношенные детали на новые, но силуэт машины почти никогда не менялся. Ситуация изменилась в 2016 году, когда GE Vernova доказала: существующие ветротурбины можно оснастить самыми передовыми технологиями, чтобы быстро вырабатывать больше энергии.

Лорен Уайант, коммерческий руководитель направления Wind Services компании GE Vernova, работающая в Иллинойсе, помнит день, когда она и её инженерная команда доказали, что это возможно. Было летнее утро в Техасе, и первые краны прибывали на крупный наземный ветропарк, чтобы модернизировать турбины, увеличив их роторы — три лопасти, соединённые ступицей. Уайант вспоминает, что команда «сделала всё необходимое, чтобы чувствовать себя уверенно на бумаге». Их подготовка окупилась, и за несколько месяцев они усилили все 74 турбины на площадке, завершив первую в мире «частичную модернизацию» целого ветропарка, включавшую увеличение диаметра ротора. «У нас было доказательство, чтобы сказать: „Мы можем это сделать“», — вспоминает Уайант.

Десять лет спустя GE Vernova проделала то же самое более чем для 6 000 ветротурбин по всей территории Соединённых Штатов, фактически написав свод правил по модернизации для всей ветроэнергетической отрасли. Как и при реконструкции высотного здания, её инженеры могут сохранить основную инфраструктуру ветротурбин, приближающихся к концу первоначального проектного срока службы, — бетонные фундаменты, стальные башни и электрооборудование, — одновременно модернизируя ротор и приводную систему, компоненты, определяющие производительность, с помощью проверенной технологии GE Vernova.

Генеральный директор GE Vernova Скотт Стразик отметил в последнем годовом отчёте компании, что её парк из более чем 59 000 установленных турбин представляет собой масштабное стратегическое преимущество: «Мы видим непосредственную возможность модернизировать десятки гигаватт стареющих активов… обеспечивая нашим клиентам рост годовой выработки энергии до 20–30% при использовании существующих подключений к электросети. GE Vernova обладает уникальными возможностями и готова взяться за решение этой задачи».

Больше, чем снос и новое строительство

Частичная модернизация имеет множество преимуществ перед традиционным методом «снести и построить заново». Эти преимущества опираются на четыре принципа: рост выработки, повышение надёжности, продление срока службы и снижение затрат на эксплуатацию и обслуживание. Частично модернизированная ветротурбина возвращается в строй всего за пару дней, а не за месяцы. Это позволяет оператору ветропарка продавать десятки тысяч «дополнительных» мегаватт-часов углеродно-нейтральной генерации. Кроме того, частичная модернизация часто избавляет владельцев и операторов от кропотливой бумажной работы, необходимой для новых проектов, — например, разрешений на вывод из эксплуатации и изменённых соглашений о подключении к сети.

Модификации передней части турбины сосредоточены на увеличении ротора: новые, более длинные лопасти улавливают ветер меньшей скорости, что позволяет вырабатывать больше электроэнергии. Этот процесс также обычно продлевает срок эксплуатации турбин более чем на 20 лет.

Помогать Уайант возглавлять миссию GE Vernova по модернизации ветроэнергетики был призван Дэвид Эш, опытный менеджер по ветроэнергетическим продуктам из Скенектади, штат Нью-Йорк. Эш, освоивший искусство модернизации на опыте работы с тяжёлыми газовыми турбинами в 1990-х, бросил вызов Уайант и команде в середине 2016 года.

«Я хотел максимально большой ротор, но так, чтобы не опрокинуть башню и не рыть траншеи рядом с турбиной, — говорит он. — Я предоставил им самим решить, насколько большим он может быть».

Уайант и её команда приняли вызов. «За предыдущее десятилетие мы уже узнали очень много о том, как ветер воздействует на турбину, и внедрили эти знания в наши технологии и оценки усталости, — объясняет она. — Мы были готовы идти к большему и лучшему».

Новая жизнь

Инженеры GE Vernova годами модернизировали тепловые электростанции. Это логично, поскольку новые газовые турбины и сопутствующая инфраструктура — дороги, фундаменты и подстанции — легко могут обойтись в сотни миллионов долларов.

«Вы никогда не станете сносить газовые турбины и ставить на их место более крупные, — говорит Эш. — Вы постоянно модернизируете их и повышаете их производительность на протяжении всего жизненного цикла».

Когда в начале 2010-х годов возобновляемая энергетика и коммерческая ветрогенерация стали стремительно расти, инженеры GE Vernova задумались, можно ли применить ту же философию к наземным ветропаркам. «Мы спросили себя: почему мы позволяем этим активам вырабатывать свой ресурс? — говорит Эш. — Можем ли мы продлить их срок службы и одновременно улучшить их эксплуатационные характеристики?»

Инженеры начали просчитывать роторы, вычисляя, насколько увеличение длины лопастей повысит их ометаемую площадь. Их расчёты подтвердились, но породили инженерную дилемму. Можно ли увеличить лопасти, если всё остальное — фундаменты турбины, стальная башня и головка машины — останется прежним?

«Эта 15-летняя инфраструктура должна была выдерживать новый, более крупный ротор», — говорит Эш. Благодаря стремительному прогрессу в производстве и материаловедении лопасти ветротурбин становились больше, но при этом легче.

«В 2016 году мы были на световые годы впереди того, где находились в 2006-м», — говорит Дэн Мессье, нынешний руководитель продуктовой линейки Repower, работающий в Скенектади, штат Нью-Йорк.

Поиск формулы

GE Vernova обратилась к Уайант и команде, которые взялись отвечать на вопрос Эша «Насколько большими мы можем стать?». Очень скоро они начали извлекать выводы об усталостной нагрузке и аэроупругости из гор исторических данных.

«Мы выяснили, что для начала можем перейти с диаметра ротора 77 метров на 87 метров, а в итоге дошли до 97 метров, — говорит Уайант. — Мы рассчитали, как управлять углом атаки и поворотом более длинных лопастей для оптимальной безопасности, механической нагрузки и выходной мощности. Мы поняли, что также потребуется модернизировать компоненты ротора после вращающихся лопастей — например, подшипники системы изменения угла атаки, главный вал и редуктор».

Разнообразная география Америки стала ещё одним вызовом. «Как взять 10 лет различных скоростей ветра в Техасе, Небраске или Айове и смоделировать их на следующие два десятилетия?» — спрашивает Уайант. Команда консультировалась с инженерами по новым проектам, специалистами по компонентам и экспертами-механиками, чтобы доработать свою формулу модернизации.

Конструкция не потребовала много времени для получения сертификации третьей стороны. «В это верит не только наша команда, — говорит Уайант. — Это настоящий продукт, который клиенты могут показать своему банковскому менеджеру».

В начале 2017 года шлюзы открылись: проекты модернизации посыпались на стол Уайант со всего штата Одинокой звезды. За 18 месяцев после июля 2016 года они модернизировали 1 100 турбин.

«Мы помчались вперёд», — говорит Эш.

С тех пор они прибавили обороты. Сегодня частичная модернизация ветротурбины с помощью проверенных продуктов GE Vernova — отработанных, воспроизводимых технологий, которые производятся и валидируются в масштабе, — занимает всего два дня. Инженеры и полевые бригады могут работать одновременно на четырёх или пяти турбинах, а значит, целый ветропарк можно полностью модернизировать за несколько недель. GE Vernova помогла владельцам и операторам в Техасе, Небраске, Калифорнии и ещё 14 штатах продлить срок службы ветропарков и повысить их доступность.

Эш никогда не сомневался, что Уайант и инженерная команда добьются результата. «Мы занимаемся модернизацией уже 10 лет, — говорит он. — Лорен и её команда обещали продемонстрировать структурные возможности этих машин, и именно это они и сделали».

Тем временем формула модернизации будет продолжать развиваться, говорит Уайант. «Существует так много разных базовых моделей турбин, а значит, мы разработали множество разных „вариантов“ модернизации, — говорит она. — Десять лет назад этого просто не существовало», — добавляет она. Как менеджер по продукту, Мессье стремится подчеркнуть, что одно осталось неизменным: «Модернизированные установки с самого начала были очень высокого качества, — говорит он. — И спустя десятилетие это по-прежнему так».

Источник